DE4023439A1 - Schaltungsanordnung zur regelung der temperatur in einem raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur in einem Raum, in dem mindestens eine Heizeinrichtung mit einem die Zufuhr eines Heizmediums regelnden Ventil, ein Temperaturfühler und ein an eine Stromquelle angeschlossener, der Beeinflussung der Stellung des Ventils dienender elektrischer Heizwiderstand angeordnet sind (DE-OS 35 36 311).

"Ventil" im Sinne der Erfindung kann ein Ventil am Heizkörper einer Warmwasser-Heizungsanlage sein. Es kann sich aber auch um eine Heizungsklappe, einen Schieber oder eine Luftklappe handeln. Das Ventil soll auf jeden Fall die Wärmezufuhr für einen Raum beeinflussen, in dem ein Temperaturfühler, beispielsweise ein temperaturabhängiger Schalter mit zugeordnetem, der Temperaturabsenkung dienendem Heizwiderstand angeordnet ist.

Die in der DE-OS 35 36 311 beschriebene Schaltungsanordnung weist zwei Heizwiderstände auf. Der eine, in der Fachsprache als "Thermischer Rückführungswiderstand" bezeichnete Heizwiderstand sorgt dafür, daß die an einem Thermostat eingestellte Temperatur schneller erreicht und genauer eingehalten wird. Ohne einen solchen Heizwiderstand würde der zu beheizende Raum zunächst zu warm werden, da die angeforderte Wärmemenge erst bis zum Bimetall des Thermostats gelangen muß, bis dieser reagieren kann. Der Heizwiderstand wird daher dann eingeschaltet, wenn vom Thermostat Wärme verlangt wird. Er täuscht dem Thermostat eine Raumtemperatur vor, die tatsächlich noch nicht erreicht ist. Der Thermostat kann daher die Wärmezufuhr an den Raum schon unterbinden, bevor eine Überheizung eintritt. Dieser Teil der bekannten Schaltungsanordnung arbeitet in der beschriebenen Weise als Raumtemperaturregler. Der zweite Heizwiderstand dieser Schaltungsanordnung dient als Absenkwiderstand der Nachtabsenkung. Bei Einschaltung des Absenkwiderstandes und damit verbundener Erwärmung wird dem Thermostat bzw. dessen Bimetall eine beispielsweise um 5°C höhere Temperatur vorgetäuscht, als sie in dem betroffenen Raum tatsächlich herrscht. Die vom Thermostat zu regelnde Temperatur in diesem Raum wird dadurch also um 5°C gesenkt. Der Absenkwiderstand kann von Hand oder mittels einer Schaltuhr ein- und ausgeschaltet werden. Das Maß der Temperaturabsenkung wird vom Widerstandswert des Absenkwiderstandes bestimmt. Wenn ein größerer oder kleinerer Wert für die Absenkung der Temperatur gewünscht wird, muß der Absenkwiderstand ausgetauscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Schaltungsanordnung so weiterzubilden, daß jederzeit eine beliebige Absenkung der zu regelnden Temperatur in einem Raum möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• - daß zwischen der Stromquelle und dem Heizwiderstand ein Umsetzer eingeschaltet ist, an dessen Eingang die Stromquelle und an dessen Ausgang der Heizwiderstand angeschlossen sind und
• - daß der Umsetzer außerdem mit einem Steuerkreis verbunden ist, der ein zwischen 0 und 100% liegendes Steuersignal in Form einer elektrischen Spannung liefert, durch welches die von der Stromquelle zugeführte Eingangsgröße des Umsetzers nach Maßgabe der prozentualen Höhe des Steuersignals in eine proportionale, dem Heizwiderstand zugeführte Ausgangsgröße umgesetzt wird.

Mit dieser Schaltungsanordnung kann auf einfache Weise die Temperatur in jedem Raum eines Gebäudes, der mit einem Ventil, einem Temperaturfühler und dem Umsetzer ausgerüstet ist, jederzeit auf beliebigem Niveau geregelt werden. Durch den Umsetzer werden - ferngesteuert - nur die Höhe des über den Heizwiderstand fließenden Stroms und damit die Heizleistung desselben eingestellt. Die Heizleistung kann durch den Umsetzer zwischen 0 und 100% verstellt werden, je nach Größe der von dem Steuerkreis gelieferten Spannung.

Wenn der Heizwiderstand ein mit einem Thermostat gekoppelter Absenkwiderstand ist, kann die maximale Heizleistung desselben beispielsweise zu einer um 10°C erhöhten Temperatur am Thermostat führen, was eine Absenkung des zu regelnden Temperaturniveaus im Raum um 10°C zur Folge hätte. Wenn das Temperaturniveau nur um 5°C gesenkt werden soll, dann wird die von dem Steuerkreis gelieferte Spannung um 50% gesenkt. Durch den Heizwiderstand fließt dann - proportional zur prozentualen Änderung des Steuersignals - ein um 50% gegenüber dem maximalen Strom reduzierter Strom, also nur der halbe Strom. Es wird dementsprechend im Thermostat nur noch eine Temperatur von 5°C erzeugt. Durch Verstellung der Spannung des Steuerkreises auf beliebige prozentuale Werte kann somit zu jeder Zeit auf einfache Weise die zu regelnde Temperatur im Raum verstellt werden. Der Thermostat regelt dann die Temperatur im jeweiligen Raum auf einem durch den Umsetzer vorgegebenen mehr oder weniger hohen Niveau.

Das gilt prinzipiell auch dann, wenn der Heizwiderstand mit einem Ventil gekoppelt ist, das einen temperaturabhängigen Dehnkörper aufweist, der von dem Heizwiderstand beeinflußt wird und die Stellung des Arbeitskolbens des Ventils steuert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Fig. 2 eine Ergänzung der Schaltungsanordnung.

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Schaltungsanordnung.

Fig. 4 und 5 eine Einzelheit der Schaltungsanordnung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Mit den Buchstaben L und N soll beispielsweise das 220 V- Wechselstrom-Netz bezeichnet sein. An Stelle des Netzes L/N kann aber auch jede andere geeignete Spannungs- bzw. Stromquelle verwendet werden. An das Netz L/N ist ein in einem Raum eines Gebäudes installierter Thermostat 1 mit einem vorzugsweise als Bimetall-Schalter ausgeführten Schalter 2 angeschlossen. Im Stromkreis des Thermostats 1 liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Heizwiderstand 3, durch welchen ein Ventil 4 beeinflußt werden kann. Das Ventil 4 kann einen temperaturabhängigen Dehnkörper aufweisen, durch welchen der Arbeitskolben 5 des Ventils 4 in Richtung des Doppelpfeils 6 verstellt werden kann.

In unmittelbarer Nähe des Thermostats 1 bzw. des Schalters 2 ist ein der Temperaturabsenkung dienender Absenkwiderstand 7 angebracht, der über einen Umsetzer 8 mit dem die Stromquelle für den Umsetzer 8 darstellenden Netz L/N verbunden ist. Die vom Absenkwiderstand 7 erzeugte Wärme beeinflußt daher direkt den Thermostat 1 bzw. dessen Schalter 2. An den Umsetzer 8 ist ein Steuerkreis 9 angeschlossen, der ein Steuersignal in Form einer elektrischen Spannung liefert. Durch den Umsetzer 9 ist die Höhe des über den Absenkwiderstand 7 fließenden Stromes verstellbar.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Solange über den Absenkwiderstand 7 kein Strom fließt, wird die Temperatur in dem betreffenden Raum durch den Thermostat 1 auf die an demselben eingestellte Temperatur geregelt. Wenn die Zufuhr des Heizmediums an die mit dem Ventil 4 ausgerüstete Heizeinrichtung gedrosselt oder unterbunden werden soll, dann schließt der Schalter 2. Dadurch fließt über den Heizwiderstand 3 Strom, der dann erwärmt wird und den Arbeitskolben 5 des Ventils 4 mittels des Dehnkörpers in die Schließstellung des Ventils 4 bewegt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Temperatur von 20°C in einem Raum geregelt werden.

Es kann nun erwünscht sein, daß die Temperatur im Raum zu bestimmten Zeiten niedriger ist. Solche Zeiten sind beispielsweise die Nacht oder in Schulen bereits die Nachmittage oder in Hotels Stunden, in denen ein Zimmer nicht belegt ist. Wenn dann vom Absenkwiderstand 7 beispielsweise eine Temperatur von 5°C erzeugt wird, regelt der Thermostat 1 als Raumtemperaturregler die Temperatur im Raum auf 15°C, wenn er auf 20°C eingestellt ist. Am Thermostat 1 und insbesondere an seinem Regelmechanismus braucht dazu nichts verstellt zu werden. Der den Absenkwiderstand 7 beeinflussende Umsetzer 8 kann über eine entsprechend lange Leitung beispielsweise aus einer Zentrale fernbedient werden.

Durch den Umsetzer 8 kann der zum Absenkwiderstand 7 fließende Strom zwischen 0 und 100% verändert werden. Das wird - insbesondere ferngesteuert - durch den Steuerkreis 9 bewirkt, der als Steuersignal eine elektrische Spannung liefert, die als Konstantspannung zwischen 0 und 100% verstellt werden kann, die beispielsweise 0 bis 10 V entsprechen.

Die maximale Absenkung der Temperatur durch die Schaltungsanordnung soll beispielsweise 10°C betragen. Die maximale Ausgangsgröße des Umsetzers 8 wird dann so eingestellt, daß der Absenkwiderstand 7 durch den entsprechenden Strom auf 10°C erwärmt wird. Wenn der Thermostat 1 auf 20°C eingestellt ist, regelt er also bei voll eingeschalteter Temperaturabsenkung die Temperatur im Raum auf 10°C. Das kann besonders für die Nacht oder für Zeiten interessant sein, in denen ein Raum nicht benutzt wird. In anderen Zeiten soll die Temperaturabsenkung geringer sein. Sie soll beispielsweise nur 4°C betragen, also 40% des Maximalwerts. In diesem Fall wird das Steuersignal des Steuerkreises auf 60% verändert, so daß die Ausgangsgröße des Umsetzers 8, also der zum Absenkwiderstand 7 fließende Strom, auf 60% begrenzt wird. Die Temperatur im Raum wird dann auf 16°C (20-4) geregelt, wenn der Thermostat 1 weiter auf 20°C eingestellt ist.

Da der Umsetzer 8 nach Maßgabe der prozentualen Höhe des vom Steuerkreis 9 kommenden Steuersignals eine proportionale Ausgangsgröße (Strom) liefert, kann so auf einfache Weise ohne Eingriff in den Regelmechanismus jede beliebige Temperatur zwischen 0 und 100% der maximalen Temperatur am Absenkwiderstand 7 erzeugt und zur Absenkung der Raumtemperatur benutzt werden.

Wenn die Zeiten der Temperaturabsenkung, auch mit zeitweise unterschiedlichem Temperaturniveau, bekannt sind können entsprechende Steuerbefehle in einem Computer 10 gespeichert werden, der den Steuerkreis 9 dann automatisch verstellt.

Von einem Computer 10 können auf diese Weise die Temperaturen in allen Räumen oder auch nur in einem Teil der Räume eines großen Gebäudes individuell zu beliebigen Zeiten auf ein beliebiges Niveau abgesenkt werden. In den Räumen muß bei der Schaltung nach Fig. 1 nur ein Thermostat 1 mit Absenkwiderstand 7 vorhanden sein, der von einem Umsetzer 8 gesteuert wird. Jeder dieser Umsetzer 8 ist mit einem eigenen Steuerkreis 9 verbunden, die ihrerseits alle an den Computer 10 angeschlossen sind.

Grundsätzlich die gleiche Wirkungsweise, wie für Fig. 1 beschrieben, ergibt sich bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3. Statt des Thermostats 1 ist hier ein einfacher Temperaturfühler 11 vorgesehen, der mit dem Steuerkreis 9 verbunden ist. Der Ausgang des Umsetzers 8 ist jetzt mit dem Heizwiderstand 3 des Ventils 1 verbunden, so daß die Stellung des Arbeitskolbens 5 desselben vom Umsetzer 8 direkt beeinflußt wird.

Der Umsetzer 8 ist ein Gerät zur Leistungssteuerung, beispielsweise ein elektronischer Leistungsschalter. Es kann sich auch um einen integrierten Schaltkreis für Periodengruppensteuerung handeln. Ein solches Gerät wird von dem leistungslos arbeitenden Steuerkreis 9 angesteuert, durch dessen Steuersignal eine prozentual mehr oder weniger hohe Leistung vom Umsetzer 8 "durchgelassen" wird. Die leistungslose Arbeitsweise des Steuerkreises 9 hat den Vorteil, daß derselbe über eine nahezu beliebig lange Leitung mit dem Umsetzer 8 verbunden werden kann. Das ist besonders dann von Vorteil, wenn die Schaltungsanordnung in einer großen Anlage mit einer Zentrale eingesetzt wird, von der aus gemäß Fig. 2 die Temperatur in einer Vielzahl von Räumen geregelt werden kann.

Bei der Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 können die Leitungen 12, mit denen die Umsetzer 8 mit den Steuerkreisen 9 verbunden sind, auch zum Anschluß der Temperaturfühler 11 verwendet werden, so wie es in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet ist. Das Signal der Temperaturfühler 11 wird dann über die Umsetzer 8 geführt.

Zwei der möglichen Ausführungsformen des Umsetzers 8 gehen in schematischer Darstellung aus den Fig. 4 und 5 hervor:

Der Umsetzer 8 kann gemäß Fig. 4 mit einem Taktgeber 13 ausgerüstet sein, dessen Taktverhältnis durch das Steuersignal des Steuerkreises 9 veränderbar ist. In diesem Falle wird die Höhe des zum Absenkwiderstand 7 bzw. zum Heizwiderstand 3 fließenden Stromes zeitlich verändert, indem der maximal mögliche Strom in Abhängigkeit vom Taktverhältnis in mehr oder weniger langen Zeiträumen über den jeweiligen Widerstand fließt.

Der Umsetzer 8 kann gemäß Fig. 5 mit einer elektronischen Schaltung, beispielsweise einer durch einen Transistor angedeuteten Transistorschaltung 14, ausgerüstet sein, deren Stromdurchlässigkeit durch das Steuersignal des Steuerkreises 9 verändert wird. Statt der Transistorschaltung kann auch eine Thyristorschaltung, insbesondere ein Triac, eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der Temperatur in einem Raum, in dem mindestens eine Heizeinrichtung mit einem die Zufuhr eines Heizmediums regelnden Ventil, ein Temperaturfühler und ein an eine Stromquelle angeschlossener, der Beeinflussung der Stellung des Ventils dienender elektrischer Heizwiderstand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwischen der Stromquelle und dem Heizwiderstand (3, 7) ein Umsetzer (8) eingeschaltet ist, an dessen Eingang die Stromquelle und an dessen Ausgang der Heizwiderstand (3, 7) angeschlossen sind und
• - daß der Umsetzer (8) außerdem mit einem Steuerkreis (9) verbunden ist, der ein zwischen 0 und 100% liegendes Steuersignal in Form einer elektrischen Spannung liefert, durch welches die von der Stromquelle zugeführte Eingangsgröße des Umsetzers (8) nach Maßgabe der prozentualen Höhe des Steuersignals in eine proportionale, dem Heizwiderstand (3, 7) zugeführte Ausgangsgröße umgesetzt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in dem Raum, dessen Temperatur geregelt wird, als Temperaturfühler ein Thermostat (1) mit einem der Temperaturabsenkung dienenden elektrischen Absenkwiderstand (7) als Heizwiderstand angeordnet ist und
• - daß der Absenkwiderstand (7) am Ausgang des Umsetzers (8) angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß an dem mit einem temperaturabhängigen Dehnkörper ausgerüsteten Ventil (4) der Heizeinrichtung ein Heizwiderstand (3) angeordnet ist, der an den Ausgang des Umsetzers (8) angeschlossen ist und
• - daß in dem Raum, dessen Temperatur geregelt wird, ein mit dem Steuerkreis (9) verbundener Temperaturfühler (11) angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (8) einen Taktgeber umfaßt, durch welchen die Eingangsgröße nach Maßgabe der prozentualen Größe des Steuersignals in eine getaktete Ausgangsgröße umgesetzt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (8) eine elektronische Schaltung umfaßt, deren Stromdurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Höhe des Steuersignals veränderbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (8) eine Transistorschaltung umfaßt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer (8) eine Thyristorschaltung umfaßt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (9) mit einem Computer verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (11) über die gleichen Leitungen mit dem Steuerkreis (9) verbunden ist, wie der Umsetzer (8) und die Heizwiderstände (3,7).

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Steuerkreise (9) an einen Computer angeschlossen sind, die zur Regelung der Temperatur in unterschiedlichen Räumen eines Gebäudes jede für sich verstellbar sind und daß an jeden Steuerkreis ein jeweils in einem anderen Raum befindlicher Umsetzer (8) angeschlossen ist.